CN110783698A

CN110783698A - 一种双频辐射单元及基站天线

Info

Publication number: CN110783698A
Application number: CN201911082574.7A
Authority: CN
Inventors: 成阳; 刘正贵
Original assignee: Wuhan Hongxin Telecommunication Technologies Co Ltd
Current assignee: Wuhan Hongxin Telecommunication Technologies Co Ltd
Priority date: 2019-11-07
Filing date: 2019-11-07
Publication date: 2020-02-11
Anticipated expiration: 2039-11-07
Also published as: CN110783698B

Abstract

本发明涉及通信天线技术领域，公开了一种双频辐射单元及基站天线，其中双频辐射单元包括载体；载体包括第一本体、第二本体和第三本体；第二本体和第三本体分别与第一本体的下表面垂直连接，且第二本体和第三本体交叉设置；第一本体的上表面设有辐射面，第一本体的下表面设有寄生组件；第二本体的一侧面设有第一馈电面，第三本体的一侧面设有第二馈电面；第二本体的另一侧面以及第三本体的另一侧面分别设有接地面，接地面与辐射面相连。本发明提供的一种双频辐射单元及基站天线，在一层介质板上实现了双频特性，避免了多层介质板的缺点，使辐射单元在满足低剖面、结构简单以及便于装配的条件下，实现双频特性，且成本低，制作周期短。

Description

一种双频辐射单元及基站天线

技术领域

本发明涉及通信天线技术领域，特别是涉及一种双频辐射单元及基站天线。

背景技术

随着物联网时代的来临，在智能家居、智慧城市、无人驾驶等领域产生了极大的通信需求，传统的4G网络已经无法满足市场对通信速率和容量的需求，通信速率更快、容量更大的5G技术应运而生。

在基站天线领域，大规模天线阵列系统(即Massive MIMO)被认为是未来5G最具潜力的传输技术，5G基站将传统的射频拉远单元(RRU)与天线系统集成为一体，挤压了天线系统的设计空间，对5G辐射单元提出了低剖面的要求；同时，由于一个5G天线系统内部往往存在上百个辐射单元，这就要求辐射单元结构尽可能的简单牢靠。受上述需求的限制，现有的5G辐射单元往往是单频形式，而未来的5G辐射单元对宽频或双频有着更多的需求。

现有的宽频或双频辐射单元大多存在工艺复杂、剖面高、天线尺寸较大的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种双频辐射单元及基站天线，用于解决或部分解决现有的宽频或双频辐射单元大多存在工艺复杂、剖面高、天线尺寸较大的问题。

本发明实施例提供一种双频辐射单元，包括载体；所述载体包括第一本体、第二本体和第三本体；所述第二本体和所述第三本体分别与所述第一本体的下表面垂直连接，且所述第二本体和所述第三本体交叉设置；所述第一本体的上表面设有辐射面，所述第一本体的下表面设有寄生组件；所述第二本体的一侧面设有第一馈电面，所述第三本体的一侧面设有第二馈电面；所述第二本体的另一侧面以及所述第三本体的另一侧面分别设有接地面，所述接地面与辐射面相连。

在上述方案的基础上，所述辐射面包括呈中心对称分布的四个辐射臂；所述寄生组件包括呈中心对称分布的四个寄生枝节；四个所述寄生枝节的位置与四个所述辐射臂的位置一一对应。

在上述方案的基础上，四个所述辐射臂包括沿正45度方向设置的两个第一多边形辐射臂以及沿负45度方向设置的两个第二多边形辐射臂；四个所述寄生枝节包括沿正45度方向设置的两个第一寄生枝节以及沿负45度方向设置的两个第二寄生枝节。

在上述方案的基础上，所述第一寄生枝节为关于正45度方向对称的枝节结构，所述第二寄生枝节为关于负45度方向对称的枝节结构，所述第一寄生枝节和所述第二寄生枝节分别呈折线型或弧线型。

在上述方案的基础上，所述第二本体的另一侧面的接地面以及所述第三本体的另一侧面的接地面分别为局部覆铜的缺陷地结构；所述第一馈电面和所述第二馈电面相向设置。

在上述方案的基础上，所述第二本体的另一侧面的接地面包括相互独立的第一接地面和第二接地面，所述第一接地面和所述第二接地面位于所述第三本体的两侧；所述第三本体的另一侧面的接地面包括相互独立的第三接地面和第四接地面，所述第三接地面和所述第四接地面位于所述第二本体的两侧。

在上述方案的基础上，所述第一接地面、第二接地面、第三接地面和第四接地面与四个辐射臂一一对应连接。

在上述方案的基础上，所述第一本体上与四个所述辐射臂位置对应处分别设有通槽，所述第二本体和所述第三本体呈垂直正交安装于所述通槽中；所述接地面通过所述通槽与所述辐射面相连。

在上述方案的基础上，所述第二本体的中间部位朝下开设有第一插槽，所述第三本体的中间部位朝上开设有第二插槽，所述第二本体和所述第三本体通过所述第一插槽和所述第二插槽插接连接。

本发明实施例提供一种基站天线，包括上述双频辐射单元。

本发明实施例提供的一种双频辐射单元及基站天线，设置辐射面可实现一个频段的频率覆盖，通过设置寄生组件利用寄生效应与辐射面进行耦合配合，可实现另一个频段的频率覆盖，实现双频特性；该双频辐射单元在一层介质板上实现了双频特性，避免了多层介质板的缺点，使辐射单元在满足低剖面、结构简单以及便于装配的条件下，实现双频特性，且成本低，制作周期短。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种双频辐射单元的整体示意图；

图2为本发明实施例的一种双频辐射单元的结构示意图；

图3为本发明实施例中第一本体的上表面示意图；

图4为本发明实施例中第一本体的下表面示意图；

图5为本发明实施例中第二本体的第一馈电面示意图；

图6为本发明实施例中第二本体上的接地面示意图；

图7为本发明实施例中第三本体的第二馈电面示意图；

图8为本发明实施例中第三本体上的接地面示意图；

图9为本发明实施例中辐射单元在2.6GHz辐射臂和寄生枝节电流分布示意图；

图10为本发明实施例中辐射单元在3.5GHz辐射臂和寄生枝节电流分布示意图。

附图标记说明：

其中，1、载体；10、第一本体；100、第一通孔卡槽；101、第二通孔卡槽；102、第三通孔卡槽；103、第四通孔卡槽；11、第二本体；110、第一插槽；12、第三本体；120、第二插槽；2、辐射面；20、第一辐射臂；21、第二辐射臂；22、第三辐射臂；23、第四辐射臂；3、寄生组件；30、第一弯折枝节；31、第二弯折枝节；32、第三弯折枝节；33、第四弯折枝节；40、第一馈电面；41、第二馈电面；5、接地面；50、第一接地面；51、第二接地面；52、第三接地面；53、第四接地面。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供一种双频辐射单元，参考图1和图2，该双频辐射单元包括载体1；载体1包括第一本体10、第二本体11和第三本体12；第二本体11和第三本体12分别与第一本体10的下表面垂直连接，且第二本体11和第三本体12交叉设置；第一本体10的上表面设有辐射面2，第一本体10的下表面设有寄生组件3；第二本体11的一侧面设有第一馈电面40，第三本体12的一侧面设有第二馈电面41；第二本体11的另一侧面以及第三本体12的另一侧面分别设有接地面5，接地面5与辐射面2相连。

本实施例提供的一种双频辐射单元，设置第一本体10、第二本体11和第三本体12作为载体1对辐射面2、寄生组件3、馈电面以及接地面等进行承载固定。第二本体11和第三本体12可分别通过焊接与第一本体10连接固定。第一馈电面40和第二馈电面41用于通过耦合方式为辐射面2馈电。

本实施例提供的一种双频辐射单元，设置辐射面2可实现一个频段的频率覆盖，通过设置寄生组件3利用寄生效应与辐射面2进行耦合配合，可实现另一个频段的频率覆盖，实现双频特性；该双频辐射单元在一层介质板上实现了双频特性，避免了多层介质板的缺点，使辐射单元在满足低剖面、结构简单以及便于装配的条件下，实现双频特性，且成本低，制作周期短。

进一步地，第一本体10、第二本体11以及第三本体12的材料均选用热稳定性及电绝缘性好的耐高温塑料介质，采用PCB工艺在介质表面得到辐射面2、寄生组件3、馈电面和接地面5。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图3和图4，辐射面2包括呈中心对称分布的四个辐射臂；寄生组件3包括呈中心对称分布的四个寄生枝节；四个寄生枝节的位置与四个所述辐射臂的位置一一对应。

在上述实施例的基础上，进一步地，四个所述辐射臂包括沿正45度方向设置的两个第一多边形辐射臂以及沿负45度方向设置的两个第二多边形辐射臂；四个寄生枝节包括沿正45度方向设置的两个第一寄生枝节以及沿负45度方向设置的两个第二寄生枝节。

辐射臂为多边形结构。两个第一多边形辐射臂与两个第二多边形辐射臂交叉设置。可设置第一本体10为正方形板状结构。第一多边形辐射臂和第二多边形辐射臂关于第一本体10的中心旋转对称；第一寄生枝节和第二寄生枝节同样关于第一本体10的中心旋转对称。

在上述实施例的基础上，进一步地，第一寄生枝节为关于正45度方向对称的枝节结构，第二寄生枝节为关于负45度方向对称的枝节结构，第一寄生枝节和第二寄生枝节分别呈折线型或弧线型。第一寄生枝节和第二寄生枝节可为折线型、弧线型等任意以正45度方向或负45度方向为轴对称的枝节形状。

在上述实施例的基础上，进一步地，第二本体11的另一侧面的接地面以及第三本体12的另一侧面的接地面分别为局部覆铜的缺陷地结构。第二本体11的另一侧面为背离第一馈电面40的一侧，即第二本体11上的接地面和第一馈电面40位于第二本体11的相背两侧。第三本体12的另一侧面为背离第二馈电面41的一侧，即第三本体12上的接地面和第二馈电面41位于第三本体12的相背两侧。

第一馈电面40和第二馈电面41相向设置。即第一馈电面40朝向第二馈电面41设置。可通过调节第一馈电面40和第二馈电面41的宽度实现电压驻波比的调节。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图6，第二本体11的另一侧的接地面包括第一接地面50和第二接地面51，第一接地面50和所述第二接地面51位于第三本体12的两侧；参考图8，第三本体12的另一侧的接地面包括第三接地面52和第四接地面53，第三接地面52和第四接地面53位于第二本体11的两侧。

因为第二本体11和第三本体12交叉设置，第二本体11被第三本体12分为两部分，第三本体12同样被第二本体11分为两部分。第一接地面50和第二接地面51在适当位置进行切割，可在第三本体12位置处断开，使得第二本体11另一侧面上的接地面形成缺陷地结构，实现阻抗匹配以拓展带宽。第三接地面52和第四接地面53在适当位置进行切割，可在第二本体11位置处断开，使得第三本体12另一侧面上的接地面形成缺陷地结构，实现阻抗匹配以拓展带宽。

在上述实施例的基础上，进一步地，第一接地面50、第二接地面51、第三接地面52和第四接地面53与四个辐射臂一一对应连接。

在上述实施例的基础上，进一步地，第一本体10上与四个辐射臂位置对应处分别设有通槽，第二本体11和第三本体12呈垂直正交安装于通槽中；接地面通过通槽与辐射面2相连。

第一本体10上设有四个通槽，即贯穿第一本体10的槽道。四个通槽与四个辐射臂一一对应。即每个辐射臂对应一个通槽。第二本体11可沿正45度方向设置，第二本体11的顶部可设置两个插头，两个插头对应插入与两个第一多边形辐射臂对应的两个通槽中，与第一本体10焊接连接。第二本体11上的第一接地面50和第二接地面51的顶部可穿过两个通槽与两个第一多边形辐射臂对应相连。

第三本体12可沿负45度方向设置，第三本体12的顶部同样可设置两个插头，两个插头对应插入与两个第二多边形辐射臂对应的两个通槽中，与第一本体10焊接连接。第三本体12上的第三接地面52和第四接地面53的顶部可穿过两个通槽与两个第二多边形辐射臂对应相连。

进一步地，第一本体10上的四个通槽同样可对称设置。两个第一多边形辐射臂和两个第二多边形辐射臂在于通槽位置对应处设有槽缝，接地面可对应在槽缝位置与辐射臂连接，可通过焊接连接固定。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图5和图7，第二本体11的中间部位朝下开设有第一插槽110，第三本体12的中间部位朝上开设有第二插槽120，第二本体11和第三本体12通过第一插槽110和第二插槽120插接连接。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种基站天线，该基站天线包括上述任一实施例所述的双频辐射单元。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例针对现有实现双频特性的辐射单元大多工艺复杂、剖面高、尺寸较大的问题，提出一种可应用于5G通信天线技术领域的小型化双频双极化辐射单元，旨在满足低剖面和结构简单、便与装配的条件下，实现双频特性。

图1和图2是本实施例提供的辐射单元的结构示意图，如图2所示，本实施提供的辐射单元，包括：载体1，载体1包括第一本体10、沿正45度方向设置的第二本体11以及沿负45度方向设置的第三本体12；第二本体11和第三本体12交叉设置。第一本体10的上表面设置有辐射面2，下表面设置有寄生枝节，并设置有四个对称的通孔卡槽即通槽；第二本体11和第三本体12的一侧设置有馈电面，另一侧设置有接地面。

第二本体11与第三本体12高度相等，第二本体11中部下方开第一插槽110，第三本体12中部上方开第二插槽120，第二本体11与第三本体12可正交插接，通过通孔卡槽与第一本体10连接，采用焊接方式固定。

图3是本实施例提供的辐射单元中第一本体10上表面示意图，如图3所示，四个辐射臂按逆时针方向依次为第一辐射臂20，第二辐射臂21，第三辐射臂22和第四辐射臂23，第一本体10上的通孔卡槽按逆时针方向依次定义为第一通孔卡槽100，第二通孔卡槽101，第三通孔卡槽102，第四通孔卡槽103。

图4是本实施例提供的辐射单元中第一本体10下表面示意图，如图4所示，寄生枝节按逆时针方向依次为第一弯折枝节30，第二弯折枝节31，第三弯折枝节32，第三弯折枝节33。

图5是本实施例提供的辐射单元中第二本体11馈电面示意图，第二本体11上的馈电面为第一馈电面40。图6是本实施例提供的辐射单元中第二本体11接地面示意图，第二本体11上的两个接地面从左往右依次定义为第一接地面50，第二接地面51。

图7是本实施例提供的辐射单元中第三本体12馈电面示意图，第三本体12上的馈电面为第二馈电面41。图8是本实施例提供的辐射单元中第三本体12接地面示意图，第三本体12上的两个接地面从左往右依次定义为第三接地面52，第四接地面53。

在最终结构中，第一接地面50通过第一通孔卡槽100与第一辐射臂20焊接固定，第二接地面51通过第三通孔卡槽102与第三辐射臂22焊接固定，第三接地面52通过第二通孔卡槽101与第二辐射臂21焊接固定，第四接地面53通过第四通孔卡槽103与第四辐射臂23焊接固定。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提出一种小型化双频双极化辐射单元，旨在满足低剖面和结构简单、便与装配的条件下，实现覆盖2.49-2.7GHz和3.3-3.8GHz的双频特性。

四个辐射臂包括第一本体10上表面沿正45度方向设置的两个第一多边形辐射臂、第一本体10上表面沿负45度方向设置的方向上的两个第二多边形辐射臂，实现±45度双极化特性。辐射臂用于实现一个频段的频率覆盖，可根据该频段的频率设置辐射臂的具体长度。具体的，辐射臂长度为L1，1/8λ_ε1≤L1≤1/2λ_ε1,λ_ε1为3.5GHz在介质中的对应波长，实现3.5GHz附近的频率覆盖。

寄生枝节包括第一本体10下表面沿正45度方向设置的两个第一寄生枝节、第一本体10下表面沿负45度方向设置的两个第二寄生枝节。寄生枝节与辐射臂配合实现另一频段的频率覆盖，寄生枝节的长度根据另一频段的频率以及辐射臂的长度来确定。具体的，寄生枝节长度为L2，1/8λ_ε2-L1≤L2≤1/2λ_ε2-L1，λ_ε2为2.6GHz在介质中对应的波长。寄生枝节与多边形辐射臂通过耦合形成末端弯折的半波振子，在较小的尺寸内实现了2.6GHz附近的频率覆盖，同时由于寄生效应，在一定程度上拓展了3.5GHz的带宽。

图9是本实施例提供的辐射单元中在2.6GHz辐射臂和寄生枝节电流分布示意图，枝节电流方向与辐射臂电流方向相反，类似于折合振子电流分布，实现了振子的小型化。

图10是本实施例提供的辐射单元中在3.5GHz辐射臂和寄生枝节电流分布示意图，辐射臂和寄生枝节电流方向一致，类似于传统半波振子电流分布，通过调节寄生枝节的长度，可以进一步展宽频带宽度。

本实施例提供的小型化双频双极化辐射单元，第一本体10的上表面设置有四个对称的辐射臂，用于实现±45°双极化特性，下表面设置有四个对称设置寄生枝节，用于实现该辐射单元覆盖2.49-2.7GHz和3.3-3.8GHz的双频特性；最终尺寸为长34-44mm；宽34-44mm；高10-18mm；覆盖频率为2.49-2.7GHz和3.3-3.8GHz，该辐射单元在3.5GHz频段以经典的半波振子形式工作，在2.6GHz频段以末端弯折的半波振子形式工作，通过简单的结构在一层介质板上实现了覆盖2.49-2.7GHz和3.3-3.8GHz的双频特性，避免了采用多层介质板的缺点，同时使辐射单元具有了小型化、低剖面、结构简单、便于装配的特点。

进一步地，该辐射单元不仅可实现覆盖2.49-2.7GHz和3.3-3.8GHz的双频特性，还可通过改变辐射臂以及寄生枝节的长度，实现其他频率范围内的双频特性。

本实施例提供的小型化双频双极化辐射单元，载体1包括第一本体10、第二本体11以及第三本体12，沿正45度方向设置的第二本体11与沿负45度方向设置的第三本体12交叉设置，第二本体11和第三本体12通过第一本体10的通孔卡槽与第一本体10焊接连接，所有辐射臂、寄生枝节、馈电面、接地面均设置在载体1上，该辐射单元在满足低剖面和结构简单、便于装配的条件下，实现双频特性，成本低，制作周期短。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种双频辐射单元，其特征在于，包括载体；所述载体包括第一本体、第二本体和第三本体；所述第二本体和所述第三本体分别与所述第一本体的下表面垂直连接，且所述第二本体和所述第三本体交叉设置；

所述第一本体的上表面设有辐射面，所述第一本体的下表面设有寄生组件；所述第二本体的一侧面设有第一馈电面，所述第三本体的一侧面设有第二馈电面；所述第二本体的另一侧面以及所述第三本体的另一侧面分别设有接地面，所述接地面与辐射面相连。

2.根据权利要求1所述的双频辐射单元，其特征在于，所述辐射面包括呈中心对称分布的四个辐射臂；所述寄生组件包括呈中心对称分布的四个寄生枝节；四个所述寄生枝节的位置与四个所述辐射臂的位置一一对应。

3.根据权利要求2所述的双频辐射单元，其特征在于，四个所述辐射臂包括沿正45度方向设置的两个第一多边形辐射臂以及沿负45度方向设置的两个第二多边形辐射臂；四个所述寄生枝节包括沿正45度方向设置的两个第一寄生枝节以及沿负45度方向设置的两个第二寄生枝节。

4.根据权利要求3所述的双频辐射单元，其特征在于，所述第一寄生枝节为关于正45度方向对称的枝节结构，所述第二寄生枝节为关于负45度方向对称的枝节结构，所述第一寄生枝节和所述第二寄生枝节分别呈折线型或弧线型。

5.根据权利要求1至4任一所述的双频辐射单元，其特征在于，所述第二本体的另一侧面的接地面以及所述第三本体的另一侧面的接地面分别为局部覆铜的缺陷地结构；所述第一馈电面和所述第二馈电面相向设置。

6.根据权利要求2所述的双频辐射单元，其特征在于，所述第二本体的另一侧面的接地面包括相互独立的第一接地面和第二接地面，所述第一接地面和所述第二接地面位于所述第三本体的两侧；所述第三本体的另一侧面的接地面包括相互独立的第三接地面和第四接地面，所述第三接地面和所述第四接地面位于所述第二本体的两侧。

7.根据权利要求6所述的双频辐射单元，其特征在于，所述第一接地面、第二接地面、第三接地面和第四接地面与四个辐射臂一一对应连接。

8.根据权利要求2所述的双频辐射单元，其特征在于，所述第一本体上与四个所述辐射臂位置对应处分别设有通槽，所述第二本体和所述第三本体呈垂直正交安装于所述通槽中；所述接地面通过所述通槽与所述辐射面相连。

9.根据权利要求1所述的双频辐射单元，其特征在于，所述第二本体的中间部位朝下开设有第一插槽，所述第三本体的中间部位朝上开设有第二插槽，所述第二本体和所述第三本体通过所述第一插槽和所述第二插槽插接连接。

10.一种基站天线，其特征在于，包括上述权利要求1-9任一所述的双频辐射单元。